Аннотация
Целью работы является построение и исследование упрощенной модели светодиодной осветительной линии с управляемыми светильниками для оценки применимости управления освещением для длинных линий. Для передачи команд управления используется низкочастотная PLC-технология, в которой информация кодируется числом полуволн сетевого напряжения, расположенными между маркерами, представляющими собой полуволны, модулированные по амплитуде. Рассмотрены параметры современных источников питания, применяемых в светодиодной технике. Показано, что применяемые источники питания обладают высоким коэффициентом мощности, широким диапазоном входных напряжений, имеют синусоидальную форму потребляемого тока. Качественный источник питания с корректором коэффициента мощности фактически является нагрузкой, в которой ток минимально опережает напряжение, что позволяет рассматривать источник питания как активное сопротивление. Экспериментально исследован диммируемый источник питания светодиодных ламп ИПС50-350ТУ. Выполнено сравнение осциллограмм входного напряжения и тока, подтверждена синусоидальность формы входного тока, выявлено опережение током напряжения на угол 4,3 градуса. В среде Matlab разработана и промоделирована упрощенная модель системы светодиодного освещения для длинных линий. В качестве входных изменяемых параметров использованы длина линии, сечение питающего провода, параметры источника питания светильника, количество осветительных приборов в линии. Получены и проанализированы временные диаграммы напряжения на дальнем конце линии при передаче команд управления. Показано, что разработанная модель позволяет получить форму напряжения в линии и сформировать требования к приемникам-демодуляторам команд управления, устанавливаемым в светильниках. Полученные результаты моделирования использованы при разработке системы диммируемого светодиодного освещения. Разработаны центральный шкаф управления освещением с реализованными функциями управления по линии электропитания, а также приемники-демодуляторы команд, расположенные в светильниках и задающие уровень диммирования светодиодных ламп.
Ключевые слова
PLC-технология, линия светодиодного освещения, маркер, диммируемый источник питания, осциллограммы напряжения и тока, модель системы освещения, Matlab, коэффициент мощности, потери напряжения.
1. Коротченко Ф., Наташина Н. Создание сети передачи данных на основе PLC-технологии // CONTROL ENGINEERING РОССИЯ. 2019. № 6 (84). С. 64-68.
2. What is Power Line Communication? // Cypress Semiconductor. 2011. URL: https://www.eetimes.com/what-is-power-line-communication/ (дата обращения: 15.03.2020).
3. Sittoni A. et al. Street lighting in smart cities: A simulation tool for the design of systems based on narrowband PLC // 2015 IEEE First International Smart Cities Conference (ISC2), IEEE, 2015, pp. 1-6. DOI: 10.1109/ISC2.2015.7366195. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7366195 (дата обращения: 15.03.2020).
4. Вставская Е.В., Костарев Е.В. Способ передачи информации по питающей сети и его применение в построении систем автоматизированного управления наружным освещением // Вестник ЮУрГУ. 2011. № 2. С. 81-84.
5. Построение систем передачи информации по проводам питающей сети / Е.В. Вставская, Т.А. Барбасова, Е.В. Костарев, В.И. Константинов // Вестник ЮУрГУ. 2011. № 23. С. 60-64.
6. Копытов С.М., Ульянов А.В., Шибеко Р.В. Коммутатор сетевого напряжения для управления светодиодными осветительными приборами с помощью низкочастотной PLC-технологии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. № 9 (22). С. 152-161. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-9-152-161.
7. Kopytov S.M. and Ulyanov A.V. Modification of the Dimming Control Method for LED Lighting Using PLC Technology // 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), Vladivostok, Russia, 2018, pp. 1-4. DOI: 10.1109/FarEastCon.2018.8602739. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8602739&isnumber=8602430 (дата обращения: 15.03.2020).
8. S.M. Kopytov and A.V. Ulyanov, Development and Research of Marker Isolation Schemes from Low-Frequency PLC Signal // 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), Vladivostok, Russia, 2019, pp. 1-4. DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934699 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8934699 (дата обращения: 15.03.2020).
9. Копытов С.М., Ульянов А.В., Шибеко Р.В. Разработка энергоэффективных систем освещения // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3-2. С. 199-206. URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=37465 (дата обращения: 15.03.2020).
10. Копытов С.М., Ульянов А.В. Контроллер для управления светодиодными осветительными сетями по линии электропитания // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2019. № 1 (15). С. 52-59. DOI: 10.17122/1999-5458-2019-15-1-52-59.
11. Валиуллин К.Р. Имитационное моделирование электротехнической системы уличного освещения // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 4 (41). С. 48-55. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-4(41)-48-55.
12. Tenti P., Spiazzi G. Harmonic Limiting Standards and Power Factor Correction Techniques // 6th European Conference on Power Electronics and Applications – EPE '95. URL: http://www.dei.unipd.it/~pel/Articoli/1995/Epe/tutorial.pdf (дата обращения: 15.03.2020).
13. Чаплыгин Е.Е., Калугин Н.Г. Теория мощности в силовой электронике: учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Промышленная электроника». М.: МЭИ, 2006. 85 с.
14. Герман-Галкин С.Г. Школа MATLAB. Виртуальные лаборатории устройств силовой электроники в среде MATLAB-Simulink. Урок 14. Анализ, расчет и исследование корректора коэффициента мощности // Силовая электроника. 2011. № 4 (32). С. 90-96.
15. Белов Г., Серебрянников А., Павлова А. Структурные динамические модели и частотный метод синтеза двухконтурных систем управления импульсными преобразователями // Силовая электроника. 2008. № 3. С. 98-106.
16. I. Castro, A. Vazquez, M. Arias, D.G. Lamar, M.M. Hernando and J. Sebastian, A Review on Flicker-Free AC–DC LED Drivers for Single-Phase and Three-Phase AC Power Grids // IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 10, pp. 10035-10057, Oct. 2019. DOI: 10.1109/TPEL.2018.2890716 URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/8598951 (дата обращения: 15.03.2020).
17. G.G. Pereira, M.A. Dalla Costa, J.M. Alonso, M.F. De Melo and C.H. Barriquello, LED Driver Based on Input Current Shaper Without Electrolytic Capacitor // IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 6, pp. 4520-4529, June 2017. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7815260 (дата обращения: 15.03.2020).
18. Y. Wang, J.M. Alonso and X. Ruan, A Review of LED Drivers and Related Technologies // IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 7, pp. 5754-5765, July 2017. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7869351 (дата обращения: 15.03.2020).
19. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.
20. Электронный каталог компании Аргос-Трейд [Электронный ресурс]. URL: https://www.argos-trade.com/catalog/draivery/ips-50-350tu-ip20-0102 (дата обращения: 15.03.2020).